沈世鑫

（青海民族大学土木与交通工程学院，青海 西宁 810007）

0 引言

城市化的建设推动了道路发展，道路建设任务艰巨的同时，其养护与维修任务也日益繁重。现阶段国内道路建设主要形式为半刚性基层沥青路面，长期以来，在自然因素和人为因素的影响下，很多道路都会出现大量松散、裂纹等路面危害[1]。长年累月下，严重影响道路的安全，在道路路面的维修和养护方面需要消耗大量的资金和资源，并且在维修和养护的同时，有很多废旧的混合料被废弃，处理不当的情况下周围的环境被严重污染[2]。因此，沥青路面再生技术受到广泛关注。但是面对现阶段越来越多的道路建设和越来越重的车辆行驶负担，并且混合料中同时存在泡沫结合料和旧沥青，这两种材料结合后，在高温情况下，重复的车辆荷载作用将会造成混合料粘弹性变形，以往的一些配合比很难满足现阶段道路建设的养护下对泡沫沥青混合料的实际需求。因此，需研究道路建筑材料泡沫沥青冷再生混合料配合比，通过科学合理的配合比，设计性能更好的泡沫沥青冷再生混合料。

1 泡沫沥青冷再生混合料的配合比

1.1 冷再生混合料矿料级配设计

冷再生混合料的使用需要时间较长的运输过程中，导致混合料的拌和和摊铺之间的延迟时间比较长，因此在泡沫沥青冷再生混合料的配比中，应使用慢裂型泡沫沥青，因此选用阳离子型泡沫沥青[3]。

用于冷再生混合料中的活性填料为道路硅酸盐水泥，水泥强度等级为42.5。采用这种规格的水泥作为活性填料，是为了加速泡沫尽快乳化，提高冷再生混合料的早期强度[4]。但是如果过多使用水泥填料，会降低冷再生混合料的疲劳性能，因此为了避免出现这种情况，在设计中设定水泥用量为2%以下。设计中使用的细集料为机制砂，粗集料为石灰岩碎石，沥青路面材料则是从路面铣刨料中回收[5]。冷再生混合料配合比设计的目的是实现混合料的连续密实性，这就需要降低混合料的矿料间的间隙率。因此根据AC-20 的矿料级配范围，优化组合上述3 种材料，经过计算得出两种原材料组成比例。

1.2 确定最佳拌和用水量

为了确保良好的拌和效果与较好的压实度，冷再生混合料在拌和过程中需加入适量的水。水量的多或少都会对冷再生混合料产生不良的影响，如果拌和水量过少，冷再生混合中粘结料不能均匀分散，容易产生沥青团，降低了冷再生混合料的施工性[6]。如果拌和水量过多，则会降低泡沫沥青对集料的吸附性，导致混合料孔隙率过大，强度下降。因此，为了保证泡沫沥青冷再生混合料具有良好的实用性能，在拌和中确定一个最佳拌和用水量。

1.3 确定最佳泡沫沥青用量及配合比验证

道路路面基层主要承受竖向压应力和水平拉应力作用，当基层底部的抗弯拉强度或粘结强度不能满足规范的要求，在行车荷载反复作用下，基层就会被破坏，直接影响路面面层[7]。因此，考虑冷再生混合料稳定性的要求，在保持最佳拌和用水量不变的情况下，制备马歇尔试件，用于确定泡沫沥青用量。筛选出最合适的配合比，经过验证得到结果见表1。标准：旧水稳基层铣刨料100%利用，水泥掺量为1.5%。泡沫沥青最佳发泡温度为150 ℃，发泡用水量为2.5%。水稳基层泡沫沥青冷再生混合料的最佳含水量为6.5%，最大干密度为2.137 g/cm3。泡沫沥青最佳用量为2.7%。

从表1 中结果可以看出，两种配合比均符合技术要求，相比之下，合成级配1 的结果要优于合成级配2，因此，设计的合成级配1 为道路建筑材料泡沫沥青冷再生混合料配合比最佳结果。

表1 冷再生混合料性能验证结果

2 实验验证

2.1 实验材料准备

选用RAP 材料，并选取有代表性的旧料进行配合比实验研究，在泡沫沥青冷再生混合配料比实验研究中，重复弯曲疲劳实验和间接拉伸疲劳实验是综合评价效果最好的方法。从两种实验方法所需试件形式考虑，重复弯曲实验中以轮碾成型的板块试件切割出的小梁试件作为实验样本，间接拉伸实验以采用马歇尔击实成型的标准圆柱体试件作为实验样本。

由于泡沫沥青冷再生混合料中含有一定量的沥青，材料具有一定的粘弹性性质，在实验中不考虑高温对材料的疲劳破坏，因此确定泡沫沥青冷再生混合料配合比的疲劳性研究温度为15 ℃±1 ℃。

2.2 疲劳性实验结果及分析

疲劳性实验研究中，使用UTM-100 万能实验机作为主要设备，实验装置包括加载设备、环境箱和控制及数据处理系统。实验中采用3 种不同的泡沫沥青冷再生混合料配合比，其中两种是比较传统的配合比，一种是设计的配合比。在间接拉伸疲劳性实验中，采用击实成型的马歇尔试件加载波形，在应力比相同的情况测试3 种不同试件的寿命。实验结果具体内容见表2~表3。劈裂测试需耗费至少24 h，不利于现场质量控制，为此提出一种快速方法，利用单级材料，分别采用马歇尔稳定度及劈裂强度确定最佳油石比。将两档单级配料与各自所占的比例相乘，再相加，得出合成级配1。

表2 3 种不同配合比泡沫沥青冷再生混合料的重复弯曲疲劳性实验结果 MPa

表3 3 种不同配合比泡沫沥青冷再生混合料的间接拉伸疲劳性实验结果 MPa

表中RM1 表示第1 种传统泡沫沥青冷再生混合料配合比，RM2 表示第2 种传统泡沫沥青冷再生混合料配合比，RM3 表示设计的泡沫沥青冷再生混合料配合比。对比观察表中数据分布情况可知，RM1下的各个试件疲劳寿命较短，其标准差和偏差系数均比较高，很难满足实际需求；RM2 下的各个试件虽然疲劳寿命较RM1 较长，但是其标准差和偏差系数均比较高；而RM3 下的各个疲劳寿命比较高，标准差、偏差系数比较低，能够更进一步满足实际需求。实验中，考虑到实验的严谨性和可靠性，在疲劳性实验的基础上，从材料的抗变形性出发，设计蠕变实验，通过蠕变实验，进一步验证材料的性能。

2.3 蠕变实验结果及分析

蠕变实验中，向试件加载轴向荷载，并在一定时间后卸载，试件在此过程中将产生蠕变变形，通过加载末变形、卸载末变形、蠕变劲度模型等参数可以分析出试件的抗变形能力。泡沫沥青冷再生混合料自身具有粘弹性，蠕变变形得到一定程度的恢复，但最终仍会残留部分变形无法恢复，这种就是永久变形，永久变形量过高说明泡沫沥青冷再生材料抗变形性能一般。

在荷载施加初始阶段，蠕变变形迅速增大，3 种配合比下的材料卸载末变形所差无几，产生的初始压密变形也大致相同，但是蠕变变形进入稳定发展的阶段后，在蠕变速率上，RM3 下的变形速度更小，说明其变化更稳定，再对比残留变形百分率可知，RM3 下试件的残留变形百分比更少，说明该材料蠕变变形恢复效果更好。在整个试件变形完成后，通过蠕变劲度模量和蠕变柔量可知，RM3 下的试件整体抗变形能力更好。

将疲劳性实验结果与抗变形性实验结果结合在一起，分析可知，设计的道路建筑材料泡沫沥青冷再生混合料配合比更为科学合理，在此配合比下生成的材料具有更好的实用性。

3 结语

本文围绕着道路材料泡沫沥青冷再生混合料配合比的设计展开研究，在原有研究资料和成果的基础上，进一步提高其实际性能，相比以往一些常规的配合比，本文研究的冷再生混合料配合比更加科学合理，通过大量实验研究，证明了在设计的配合比下，泡沫沥青冷再生混合料的强度更好，更适合应用在实际项目中。但是由于时间有限，本文只进行了室内实验，对于泡沫沥青冷再生混合料的性能还需要进一步研究，结合室内和室外实验予以验证和补充。